TWI564265B - 分級螢光材料 - Google Patents
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Description
本文中的具體實施例大體而言係關於分級螢光基板。
在顯示裝置上或其他光學及/或照明裝置上實現照明有各式各樣的方法。在某些情況下，人們已經嘗試藉由使用多個發光二極體(LED)、擴散器及/或反射器來獲得均勻的照明。
本文中提供的一些具體實施例係關於分級螢光玻璃及/或結構。在一些具體實施例中，該螢光玻璃可以包括二氧化矽、至少一具有直徑約1nm至約300nm的孔以及至少一螢光分子。該螢光分子可以位於該至少一孔內。在一些具體實施例中，該螢光分子可以包括過渡金屬元素或稀土元素中之至少一者。
在一些具體實施例中，提供一種分級螢光玻璃。該玻璃可以包括二氧化矽結構，該二氧化矽結構包括第一表面及第二表面，並且其中該二氧化矽結構包括二氧化矽以及螢光分子梯度。該螢光分子梯度在該第一表面包括第一螢光分子濃度，並且在該第二表面包括第二螢光分子濃度。
在一些具體實施例中，提供一種發光裝置，該發光裝置包括至少一光源及螢光二氧化矽玻璃。該螢光二氧化矽玻璃包括二氧化矽、該二氧化矽內的至少一第一孔及第二孔、以及該第一孔內的至少一第一螢光分子及該第二孔內的至少二或更多的第二螢光分子。
在一些具體實施例中，提供一種製造螢光玻璃結構的方法，該方法可以包括提供包括複數個孔的二氧化矽-聚乙烯醇複合物；使用一或多種螢光分子摻雜，以便提供濃度梯度；以及燒結該複合物，藉以製造螢光玻璃結構。
在一些具體實施例中，提供一種發光裝置，該發光裝置包括至少一光源及螢光二氧化矽玻璃，該螢光二氧化矽玻璃可以包括二氧化矽；該二氧化矽內的至少一第一孔；以及該二氧化矽內的螢光分子係分佈於梯度中。
前述僅是說明性的，而且並無意圖以任何方式為限制性的。除了說明性的態樣、具體實施例以及上述特徵之外，進一步的態樣、具體實施例以及特徵將藉由參照圖式和下面的實施方式而變得顯而易見。
1‧‧‧二氧化矽玻璃基板
2‧‧‧空隙
2‧‧‧孔
3‧‧‧螢光分子
4‧‧‧第一表面
5‧‧‧第二表面
第一圖為依據一些具體實施例繪示摻雜有發光材料的二氧化矽玻璃結構之圖。該等孔內的螢光分子濃度梯度可以存在於橫跨各個表面、各個表面之間及/或各個表面內。本圖可以繪示在燒結之前、過程中或之後的具體實施例。
第二圖為繪示一些涉及螢光分子濃度的具體實施例之圖，該螢光分子濃度係橫跨二氧化矽玻璃結構之長度、深度及/或表面。
第三圖為製造螢光玻璃結構之方法的一些具體實施例之流程圖。
在下面的實施方式中參考了附圖，該等附圖構成本發明的一部分。在附圖中，相似的符號通常代表相似的組件，除非上下文另有指示。實施方式、附圖及申請專利範圍中所描述的說明性具體實施例並非意圖作為限制。可以使用其他的具體實施例，並且在不偏離本文提出的標的物之精神或範圍的情況下可以作出其他的變化。將可以輕易瞭解的是，可以在各種不同的架構中配置、取代、組合、分離及設計本揭示之各個態樣，諸如本文中一般性描述的和在圖式中說明的，所有該等態樣皆被明確構思於本文中。
在一些具體實施例中，本文所揭示的方法和結構大體上係關於螢光結構，例如螢光玻璃、基板及/或其他有關及/或含有螢光二氧化矽的結構，該等結構可以包括分級的螢光分子分佈，該等螢光分子係內含於該等結構中。在一些具體實施例中，該螢光玻璃包括二氧化矽、至少一孔(其
可具有任何尺寸，例如約1nm至約300nm)以及在該孔中的至少一螢光分子。在一些具體實施例中，該螢光分子可以位於該至少一孔內。該螢光玻璃的其他區段可以包括更大量或更少量的螢光分子，藉以提供分級螢光結構。
第一圖為繪示已被燒結進入螢光基板的二氧化矽-聚乙烯醇複合物之一些具體實施例的圖，其中螢光分子可以是分散的。該基板1可以包括複數個孔2。如本技術領域中具有通常知識之人士將理解的，該基板1可以由複合物製成，在燒結之前，該複合物為二氧化矽顆粒的集合，該等顆粒之間的空間形成空隙2，空隙2可以被聚乙烯醇(在聚乙烯醇被去除之前)及/或另外的材料(例如螢光分子3)填充。一旦該複合物被燒結，該複合物可以形成基板1，基板1將包括空隙2，沒有任何顯著量的聚乙烯醇剩餘。在一些具體實施例中，二氧化矽結構1可以形成至少一部分的分級螢光玻璃。在一些具體實施例中，二氧化矽結構1可以形成具有至少一光源的發光裝置之一部分。可以在多孔基板1中以各種方式形成螢光分子梯度，例如在一些具體實施例中，該結構之一部分中任何單一空隙內的螢光團濃度可以與該結構之不同部分中任何單一空隙內的螢光團濃度不同。在一些具體實施例中，含有螢光團的空隙內螢光團的量大體而言可以是相同的，但是在該結構之一個區段中具有螢光團的空隙2將比該結構之第二區段中具有螢光團的空隙2更多。在一些具體實施例中，可以對該結構提供其他的分子及/或特性，以進一步對該結構提供螢光的分級態樣。
在一些具體實施例中提供一種分級螢光玻璃，該玻璃可以包括二氧化矽結構，該二氧化矽結構包括一第一表面和一第二表面，並且該二氧化矽結構可以包括a)二氧化矽，以及b)螢光分子梯度。該螢光分子梯度可以包括在該第一表面的第一螢光分子濃度以及在該第二表面的第二螢光分子濃度。
在一些具體實施例中，複合物結構(在被燒結之前)可以是彈性的及/或可延展的。該複合物結構可以具有足夠的彈性，以使二氧化矽玻璃結構可以被模塑成所需的形狀，只要是適用於螢光的用途，包括分級螢光的應用。
在一些具體實施例中，還可以使用複合物結構(在燒結之前)來將各種態樣及/或結構模製及/或形成於複合物的表面，使得該複合物結構一旦被燒結後，將提供多孔玻璃結構，該多孔玻璃結構包括所需的分級態樣(例如經由特定分級螢光分子的存在提供光導或額外具有所需光性質或光導態樣的光界面之表面)。
如上文所注意到的，不同濃度的螢光分子3及/或其他的光操縱分子可以存在於一或多個孔2中。與其他的孔相比，某些孔2將具有不同量的螢光分子。因此，在一些具體實施例中，將只有0.1%、1%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%或99%的孔包括螢光分子，使得在剩餘的孔中缺乏螢光分子可提供濃度梯度。在一些具體實施例中，所有的孔都含有一些螢光分子，但在每個孔中(或橫跨不同的孔總數)的螢光分子量不同，使得可提供濃度梯度。在一些具體實施例中，1%、2%、3%、4%、5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%、98%、99%或100%的孔包括至少某些量的螢光分子，包括任一前述值以下的任何範圍以及任二前述值之間的任何範圍。在一些具體實施例中，前述百分比之至少一個的孔可以含有某些量的螢光分子，例如被塗覆的孔之內表面的至少一些部分(例如，被塗覆的孔表面之0.1%、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%、98%、99%或100%，包括任一前述值以下的任何範圍以及任二前述值之間的任何範圍)，到至少一些被螢光分子佔據的孔體積百分比(例如0.001%、0.01%、0.1%、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%、98%、99%或100%被螢光分子佔據的孔體積，包括任一前述值以下的任何範圍以及任二前述值之間的任何範圍)。在一些具體實施例中，雖然該螢光分子在被添加到複合物或結構時可以處於溶液中，但在最終產品中，該螢光分子可以被乾燥。在一些具體實施例中，該螢光分子作為氣體被包含在該孔中。在一些具體實施例中，該螢光分子作為液體被包含在該孔中。在一些具體實施例中，該螢光分子作為固體被包含在該孔中。在一些具體實施例中，該螢光分子可以作為電漿被包含在該孔中。
在一些具體實施例中，複數個孔2可以具有約2nm至約100nm的平均直徑。在一些具體實施例中，複數個孔2可以具有約3nm至約30nm的平均直徑。在一些具體實施例中，該等孔可以具有約1nm至約500nm的平均直徑，例如1nm、2nm、3nm、4nm、5nm、10nm、20nm、30nrn、40nm、50nrn、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、200nm、300nm、400nm或500nm，包括任一前述值以下的任何範圍以及任二前述值之間的任何範圍。在一些具體實施例中，該等孔之大小可以橫跨及/或貫穿結構而改變。在這樣的具體實施例中，每個孔中可以捕捉的螢光分子之量可以取決於孔的大小，因此，可以以這樣的方式將更多或更少的螢光分子包含在結構的各個區段內，提供另一種可以提供螢光分子濃度梯度的方法。
螢光分子3可以包括但不限於過渡金屬或稀土元素中之至少一者(例如釔(Y)、鈧(Sc)、鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、鉅(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)及/或鎦(Lu))。在一些具體實施例中，分子不需要是發螢光的而且可以具有反射性及/或吸收性。在一些具體實施例中，該等分子操縱光及/或具有光學特性。在一些具體實施例中，該等分子可以是無機的螢光物質。在一些具體實施例中，假使在燒結之前加入分子，則任何的分子都可以使用，只要該分子不會對熱過度敏感(例如，該分子在超過攝氏1000度下不會失去其螢光性質)。在一些具體實施例中，該螢光分子能夠擴散進入該一或多個孔而且當乾燥時可以是發螢光的。
在一些具體實施例中，在該結構中使用單一類型的螢光分子。在一些具體實施例中，在該結構中使用多種類型的螢光分子，例如可以使用2種、3種、4種、5種、6種、7種、8種、9種、10種、15種、20種、30種、40種、50種或100種類型的螢光分子，包括任一前述值以上的任何範圍以及任二前述值之間的任何範圍。在一些具體實施例中，每個螢光分子具有其自身的濃度梯度。在一些具體實施例中，濃度梯度僅存在於該螢光分子之子集。在一些具體實施例中，不同的螢光分子具有不同的濃度梯度。在一些具體實施例中，螢光分子之濃度整體上可以在整個結構中
是一致的，但在該結構及/或表面內可以有各種特定螢光分子之濃度梯度。舉例來說，在一板狀基板的第一側上可以有高濃度的藍色螢光分子，接著當穿過該板到達該板之反(和第二)側時，該藍色螢光分子線性地減少到零。在該板的第二側上可以有高濃度的紅色螢光分子，當穿過該板到達該板之反(和第一)側時，該紅色螢光分子之濃度線性地減少到零。因此，在任何給定的板深度處，螢光分子的總量是相同的，但是紅色或藍色螢光分子的量可以是不同的。在一些具體實施例中，當採用大量的螢光分子時，不同的分子被定位在該結構的不同位置上，因此，可以有例如至少1個、2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、15個、20個、30個、40個、50個、100個或更多個不同的位置，每個位置有不同類型的螢光分子。在一些具體實施例中，(例如當採用單一類型的螢光分子時)，該單一類型的螢光分子被定位在該結構的不同位置上。在一些具體實施例中，不同類型的螢光分子可以位於不同位置上。在一些具體實施例中，每一個不同的位置可以有相同的形狀。在一些具體實施例中，每一個不同的位置可以有不同的形狀。在一些具體實施例中，可以使用任何的形狀及/或圖案。在一些具體實施例中，該螢光分子係分佈於基板及/或結構的整個表面區域各處。在一些具體實施例中，該螢光分子係分佈在基板的表面上大致為圓形的圖案中。在一些具體實施例中，該螢光分子係分佈在進入基板的深度大致為半球形的圖案中。在一些具體實施例中，該螢光分子為分散的，以便有助於重新定向及/或分配點光源，該點光源係將要或者已被定位在基板的一側上。在一些具體實施例中，該螢光分子係分佈在基板的表面上，以便被定位成作為將要(或已經)與該基板結合的光源之濾光器。
在一些具體實施例中，可以藉由將螢光分子3浸透二氧化矽玻璃基板1，而將螢光分子3摻雜進入二氧化矽玻璃基板1，使得螢光分子3可以進入其中一個孔2中。在一些具體實施例中，可以將該螢光分子加入到初始的組合物中(在燒結之前)，但在形成聚乙烯醇-二氧化矽複合物之後。在一些具體實施例中，可以在聚乙烯醇-二氧化矽複合物形成之前將該螢光分子加入到初始的組合物中(在燒結之前)。在一些具體實施例中，可以將該螢光分子加入到最終的結構中(在燒結之後)，而且該等孔有助於保
留該螢光材料及/或將一體積及/或量的該螢光材料保持在距離基板表面安全處。在一些具體實施例中，可以使用在美國專利公開號2012/0107589中描述的方法形成PVA-二氧化矽複合物。
在一些具體實施例中，在起始及/或最終結構中存在的孔可以生成分級的產品(例如，螢光玻璃及/或其他螢光二氧化矽相關的、具有分級濃度螢光分子的結構)。在一些具體實施例中，分級螢光結構可以包括具有一第一表面和一第二表面的二氧化矽結構，其中螢光分子的梯度可以包括在該第一表面的第一濃度螢光分子和在該第二表面的第二濃度螢光分子。
第二圖是繪示一些具體實施例的圖，其中有橫跨結構厚度的螢光分子濃度梯度。如第一圖所示基板1可以包括複數個孔，(而且可以處於複合物形式或燒結形式任一者)。如第二圖所示，二氧化矽玻璃基板1可以包括在一側的一第一表面4和在不同側上的一第二表面5。在一些具體實施例中，在第一表面4的螢光分子濃度係與在第二表面5的螢光分子濃度不同。在一些具體實施例中，該第一和第二表面是在相對側上。在一些具體實施例中，該第一和第二表面是在同一側上，只不過是在同一側的不同部分上(舉例來說，其中摻雜材料僅被施加於表面的子部分並且被允許擴散出來穿過該表面)。在一些具體實施例中，該第一和第二表面是在相鄰的側面上。
為了顯示此梯度，第二圖包括覆蓋所繪示基板的圖形表示，以說明一些可能的螢光分子濃度梯度之具體實施例，沿著y軸的該螢光分子濃度梯度係沿著x軸的距離之函數。因此，在一些具體實施例中，二氧化矽結構1可以包括二氧化矽和螢光分子梯度。在一些具體實施例中，該螢光分子梯度可以包括在第一表面4的第一濃度螢光分子以及在第二表面5的第二濃度螢光分子。在一些具體實施例中，在該第一及/或第二表面的螢光分子濃度可以為從約1ppm至約1,000,000ppm，例如1ppm、10ppm、100ppm、1000ppm、10,000ppm、50,000ppm、100,000ppm或1,000,000ppm，包括在任兩個這些值之間的任何範圍以及高於或低於這些值的任何範圍。
在一些具體實施例中，如第二圖所示，該螢光分子梯度可以包括從該第一表面4到該第二表面5大致呈線性變化的濃度。在一些具體實施例中，該梯度為非線性的。在一些具體實施例中，該梯度為指數的。在一些具體實施例中，該梯度為懸浮的螢光分子被允許滲透到燒結結構的結果。在一些具體實施例中，該梯度為兩個表面之間至少為0.01%的差，例如0.01%、0.1%、1%、2%、3%、4%、5%、10%、15%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、200%、300%、500%、1000%、10,000%或更多，包括任一前述值以上的任何範圍和任二個前述值之間的任何範圍。在一些具體實施例中，該梯度可以橫跨該結構的厚度。在一些具體實施例中，該梯度可以橫跨該結構的寬度。在一些具體實施例中，該梯度可以橫跨該結構的厚度和寬度。在一些具體實施例中，該梯度可以橫跨該結構的長度。在一些具體實施例中，該梯度可以橫跨該結構的厚度、長度及/或寬度中之至少一者。在一些具體實施例中，可以有其間建立梯度的兩個或更多個表面，例如2個、5個、10個、100個或更多的表面，包括任一前述值以上的任何範圍和任二個前述值之間的任何範圍。在一些具體實施例中，在兩個或更多的表面之間有一個以上的梯度，例如2個、3個、4個、5個、10個、20個、30個、50個或100個或更多的梯度，包括任一前述值以上的任何範圍和任二個前述值之間的任何範圍。
在一些具體實施例中，二氧化矽玻璃結構1可以形成發光裝置的一部分，該發光裝置可以包括分級的螢光結構。該發光裝置可以包括至少一個光源。在一些具體實施例中，該光源可以包括但不限於發光二極體(LED，light-emitting diode)、白熾燈泡、雷射、螢光管或任何其他形式的光源。在一些具體實施例中，螢光分子的梯度、螢光分子的結構及/或位置可以允許過濾、重新定向、對焦、遮蔽或以其他方式操縱通過該結構的光。在一些具體實施例中，藉由使用具有螢光分子濃度梯度的基板可以將點光源製作地更加舒適及/或瀰漫性。在一些具體實施例中，經由在基板中存在螢光分子濃度梯度可以有效地操縱來自光源的光之波長及/或其他光學性質，而允許藉由螢光分子及/或濃度梯度來改變波長及/或其他光學性質。
在一些具體實施例中提供一種發光裝置，該發光裝置包括至
少一光源及螢光二氧化矽玻璃。該螢光二氧化矽玻璃包括二氧化矽、二氧化矽內的至少一第一孔及第二孔以及該第一孔內的至少一第一螢光分子及該第二孔內的至少二或更多的第二螢光分子，藉以於該二孔之間建立梯度。
在一些具體實施例中提供一種發光裝置，該發光裝置包括至少一光源及螢光二氧化矽玻璃。該螢光二氧化矽玻璃可以包括二氧化矽、二氧化矽內的至少一第一孔以及以梯度分佈在二氧化矽內的螢光分子。
在一些具體實施例中，該發光裝置還可以包括螢光二氧化矽玻璃或二氧化矽玻璃結構。該螢光二氧化矽玻璃可以包括二氧化矽、二氧化矽內的至少一第一孔和一第二孔、及該第一孔內的至少一第一螢光分子以及該第二孔內的一第二螢光分子。濃度梯度可以存在於該二個孔之間及/或該二個孔附近。
在一些具體實施例中，該第一分子吸收一第一光波長的輻射，並且該第二螢光分子吸收一第二光波長的輻射。在一些具體實施例中，該第一波長和該第二波長是不同的。在一些具體實施例中，該等分子吸收至少一紫外光、可見光及/或紅外光波長。
在一些具體實施例中，該第一分子發射一第一光波長的輻射，並且該第二螢光分子發射一第二光波長的輻射。該第一波長和該第二波長可以是不同的。在這樣一具體實施例中，二氧化矽玻璃結構1可經設置以產生不同的顏色顯示。在一些具體實施例中，該等分子發射至少一紫外光、可見光及/或紅外光波長的輻射。在其他的具體實施例中，該等分子發射兩種或更多種光波長的輻射。
在一些具體實施例中，第一螢光分子可以是螢光元素。在一些具體實施例中，該第一分子和該第二分子可以是相同類型的螢光分子。在一些具體實施例中，該第一分子和該第二分子可以是不同類型的螢光分子。因此，不同的梯度可以存在同一基板上。
在一些具體實施例中，該光源和該螢光二氧化矽玻璃可以是二極體或冷陰極螢光燈的組件。該二極體或該冷陰極螢光燈可以是用於照明顯示裝置的照明系統之一部分。在一些具體實施例中，可以將玻璃、基板、結構或其他的多孔結構定位在光源的前面及/或與光源直接相鄰。在一
些具體實施例中可以將或將該玻璃、基板、結構或其他的多孔結構用來作為濾光器及/或擴散器。分級分佈的螢光分子可以允許來自燈的光強度被適當地分配及/或擴散。
在一些具體實施例中，存在於該第一孔內的螢光分子數係與存在於該第二孔內的螢光分子數不同。在一些具體實施例中，該第一孔可以位於螢光二氧化矽玻璃1中的一第一位置，並且該第二孔可以位於螢光二氧化矽玻璃1中的一第二位置。在一些具體實施例中，該發光裝置還可以包括從該第一位置到該第二位置的螢光分子濃度梯度。該螢光分子可以被非均勻地分散在整個螢光二氧化矽1中。該發光裝置之螢光強度可以橫跨螢光二氧化矽玻璃1的長度而改變。在一些具體實施例中，由於孔數量的差異、孔的大小及/或孔內的螢光材料數量，故可以存在螢光梯度。
在一些具體實施例中，該第一位置可以是在螢光二氧化矽玻璃1的第一表面4，並且該第二位置可以相對於第一表面4更接近光源。在一些具體實施例中，該第一位置可以至少部分地圍繞該第二位置。
第三圖為製造螢光玻璃結構之方法的一些具體實施例之流程圖。在一些具體實施例中，製程30可以涉及提供具有複數個孔的二氧化矽-聚乙烯醇複合物(方塊31)。在一些具體實施例中，製程30進一步涉及使用一或多種螢光分子的摻雜(方塊32)。在一些具體實施例中，製程30進一步涉及燒結，藉以製造螢光結構(方塊33)。在一些具體實施例中，該螢光結構可以是前文參照第一圖和第二圖所描述的螢光玻璃結構。該摻雜(或隨後的製程)允許吾人橫跨表面及/或在表面內創造一或多種螢光分子之濃度梯度。
本領域技術中具有通常知識之人士將可理解到，對於本製程與其他的製程以及本文所揭示的方法，可以以不同的順序實施該等製程和方法中執行的功能。此外，所概述的步驟和操作係僅作為實例而提供，而且在不損害所揭示具體實施例之本質的情況下，某些步驟和操作可以為選擇性的、被組合成更少的步驟和操作，或被擴展到額外的步驟和操作中。
在一些具體實施例中，該方法可以包括提供包括複數個孔的二氧化矽-聚乙烯醇複合物、以一或多種螢光分子摻雜該複合物以便提供濃
度梯度以及燒結，藉以製造螢光玻璃結構。
在一些具體實施例中，摻雜的製程可以在燒結之前進行。在一些具體實施例中，摻雜的製程可以在燒結之後進行。在一些具體實施例中，摻雜可以包括使該一或多種螢光分子之溶液與該複合物接觸，以便允許該一或多種螢光分子進入該複數個孔之至少一孔中。該一或多種螢光分子在溶液中的濃度可以對應及/或取決於螢光玻璃結構的摻雜濃度，視孔在玻璃結構中的位置與玻璃結構的摻雜時間量而定。在一些具體實施例中，螢光分子在孔內的濃度及/或量可以取決於摻雜被允許發生的時間量。在要出現梯度的情況下，可以允許摻雜發生一段時間，使得所需的濃度梯度藉由摻雜製程本身來建立(當材料擴散及/或滲入基板及/或複合物時)。在一些具體實施例中，可以藉由洗出製程建立濃度梯度。舉例來說，假使摻雜使橫跨兩面的孔皆飽和(使得沒有梯度)，則可以施加洗滌或沖洗溶液到其中一個表面，而允許在該表面上的螢光分子濃度減少，藉以建立濃度梯度。在一些具體實施例中，該洗滌及/或沖洗可以包括第二或不同類型的螢光分子，使得添加第二螢光分子可以在先前均勻分佈的螢光分子中建立濃度梯度。
在一些具體實施例中，製造螢光二氧化矽玻璃的方法可以進一步包括藉由控制摻雜發生的時間量在橫跨螢光玻璃結構的兩端形成非均勻分佈的螢光分子。在一些具體實施例中，該非均勻分佈可以包括本文所討論的任何梯度。在一些具體實施例中，摻雜發生的時間量可以對應於螢光量及/或存在螢光玻璃結構中的梯度。可以將梯度設置於基板的相對側之間；然而，當摻雜的發生只持續短暫的時間時，梯度不需要橫跨整個基板存在，因為螢光分子可能只有部分橫跨基板移動。在一些具體實施例中，藉由控制材料浸入溶液的速度及/或從溶液拉出材料的速度可以建立或控制梯度。
在一些具體實施例中，製作初始複合物二氧化矽-聚乙烯醇的製程可以涉及提供白煙矽的二氧化矽懸浮液。在一些具體實施例中，該製程進一步涉及結合聚乙烯醇水溶液與二氧化矽懸浮液，以形成混合物。在一些具體實施例中，該製程進一步涉及將該混合物乾燥，以獲得多孔二
氧化矽-聚乙烯醇複合物結構。如上文所注意到的，在一些具體實施例中，可以在形成該多孔二氧化矽-聚乙烯醇複合物之前、期間或之後添加螢光分子。
在一些具體實施例中，製造二氧化矽-聚乙烯醇複合物的方法可以進一步包括在製程過程中調節該混合物的pH值(較佳為保持在約2至約4之間)。在一些具體實施例中，結合聚乙烯醇水溶液與二氧化矽顆粒可以包括在約室溫下攪拌該混合物。在一些具體實施例中，可以用磁攪拌器將該混合物攪拌2小時、3小時、5小時、8小時、10小時、12小時、15小時、20小時或24小時(包括任一前述值以下的任何範圍及任二前述值之間界定的任何範圍)。在一些具體實施例中，將該混合物於200rpm、300rpm、500rpm、800rpm、1000rpm、1200rpm或1500rpm下攪拌，包括任一前述值以下的任何範圍及任二前述值之間界定的任何範圍。舉例來說，在一些具體實施例中，可以用磁攪拌器在800rpm下將該混合物攪拌12小時。在一些具體實施例中，乾燥該混合物可以包括使該混合物處於10℃、15℃、25℃、30℃、35℃、45℃、55℃、65℃、75℃或室溫(包括任一前述值以下的任何範圍及任二前述值之間界定的任何範圍)的空氣中。舉例來說，乾燥該混合物可以包括在30℃的空氣中乾燥該混合物。在一些具體實施例中，可以充分地乾燥該複合物，以便視需要操縱該複合物(例如戳記圖案於該複合物或由該複合物模製出形狀)。在一些具體實施例中，可以乾燥該複合物持續0.1小時、0.5小時、1小時、2小時、3小時、4小時、5小時、6小時、7小時、8小時、9小時、10小時、12小時或24小時，包括任何前述值以下的任何範圍及任二前述值之間界定的任何範圍。
在一些具體實施例中，二氧化矽顆粒(例如在複合物中，在燒結之前)可以具有小於100nm的平均直徑。在一些具體實施例中，該至少一二氧化矽顆粒的平均直徑可以為約5nm至約50nm。在一些具體實施例中，該至少一二氧化矽顆粒的平均直徑可以為約3nm至約10nm。在一些具體實施例中，該至少一二氧化矽顆粒之平均直徑可以為約1nm至約50nm。在一些具體實施例中，該至少一二氧化矽顆粒之平均直徑可以為約7nm。在一些具體實施例中，二氧化矽顆粒之平均直徑可以在200nm以下，
例如200nm、190nm、180nm、150nm、100nm、90nm、80nm、70nm、60nm、50nm、40nm、30nm、20nm、10nm或1nm，包括任一前述值以下的任何範圍及任二前述值之間的任何範圍。
在一些具體實施例中，分級螢光結構可以從複合物形成，該複合物係由至少一二氧化矽顆粒與聚乙烯醇結合而成。在一些具體實施例中，該複合物可以包括的二氧化矽依重量計至少為聚乙烯醇的兩倍多。在一些具體實施例中，二氧化矽與聚乙烯醇的重量比為約80：20。在一些具體實施例中，該複合物可以包括的二氧化矽依重量計係至少與聚乙烯醇一樣多，例如1：1、2：1、3：1、4：1、5：1、6：1、7：1、8：1、9：1、10：1或100：1，包括任一前述值以上的任何範圍及任二前述值之間的任何範圍。在一些具體實施例中，二氧化矽-聚乙烯醇複合物可以包括有機/無機界面。
在一些具體實施例中，在將該混合物乾燥以獲得二氧化矽聚乙烯醇複合物之後，然後將該二氧化矽聚乙烯醇複合物加熱，以產出多孔的二氧化矽玻璃。然後可以將螢光分子加入二氧化矽玻璃中，以生產分級的螢光二氧化矽玻璃。
在一些具體實施例中，製造多孔二氧化矽玻璃的方法還可以包括在塑造多孔二氧化矽玻璃的加熱製程(燒結製程)之前將二氧化矽-聚乙烯醇複合物成形為所需的形狀。在這種預燒結的狀態中，二氧化矽-聚乙烯醇複合物可以具有足夠的彈性，而可被模塑成所需的形狀。可以在此製程之前、期間及/或之後施加螢光梯度。在一些具體實施例中，可以初步將複合物成型，並使用該形狀以允許在所需的圖案中摻雜，以獲得所需形狀的濃度梯度及/或濃度梯度量。舉例來說，可以在可鍛鑄複合物中形成物理峰值，並且只有該峰值可以曝露於摻雜溶液，藉以生成從峰值下降進入複合材料(形成峰值)的濃度梯度。然後，可以在燒結之前重新成型該複合物(例如平坦化)，藉以提供與僅曝露複合物的整個前表面不同的形狀及/或濃度梯度。
在一些具體實施例中，在燒結之前，允許將二氧化矽-聚乙烯醇複合物乾燥到某種程度。在一些具體實施例中，製造多孔二氧化矽玻璃的方法可以進一步包括添加螢光分子(及/或其他材料)到至少一孔中，
無論是在乾燥製程之前或之後。在一些具體實施例中，可以將該螢光分子添加到二氧化矽-聚乙烯醇複合物。舉例來說，該螢光分子可以被固定並吸附到二氧化矽-聚乙烯醇複合物中的孔表面上。
在一些具體實施例中，就在模製及/或操縱之前將多孔二氧化矽複合物至少部分地乾燥，例如可以去除1%、2%、5%、10%、15%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%或99%的濕氣(包括任一前述值以上的任何範圍及任二前述值之間的任何範圍)。在一些具體實施例中，在模製之後及/或在模製過程中進行這種濕氣去除。在一些具體實施例中，足夠的濕氣會被去除，以便維持所需的濃度梯度。在一些具體實施例中，可以加回個別的溶劑(能溶解螢光分子者)，以進一步精製及/或操縱螢光梯度。舉例來說，雖然可以藉由將第一側曝露於摻雜材料而建立從第一側到第二側大致減小的梯度，但隨後將該第一側曝露於洗滌溶液可以從該第一側去除一些螢光分子，以允許創造最高濃度在兩個表面之間的濃度梯度，而不是僅在兩個表面之其中一者創造最高濃度。
在一些具體實施例中，螢光分子與二氧化矽(SiO2)的比例依重量計(在最初的混合物、乾燥複合物及/或最終的結構中)可以是1：10、1：100、1：1000、1：10000、1：50,000、1：100,000或1：1,000,000，包括任一前述值以下的任何範圍及任二前述值之間的任何範圍。當然，在濃度梯度變成零之處不需要有螢光分子存在。
在一些具體實施例中，製造結構的方法還可以包括加熱該複合物以生產透明的二氧化矽玻璃。舉例來說，加熱該複合物可以包括將該複合物從室溫加熱到適當的溫度，例如500℃、600℃、700℃、800℃或900℃或更高的溫度。在一些具體實施例中，從模製及/或添加螢光分子的溫度到加熱及/或乾燥溫度的轉變係以所需速率發生(例如在室溫附近)，以避免乾燥及/或蒸汽快速形成的問題。在一些具體實施例中，增加的速率可以從1到10℃/分鐘，例如1℃/分鐘、2℃/分鐘、3℃/分鐘、4℃/分鐘、5℃/分鐘、6℃/分鐘、7℃/分鐘、8℃/分鐘、9℃/分鐘或10℃/分鐘。在一些具體實施例中，可以有兩個階段的加熱。在一些具體實施例中，第一階段發生在從300到900℃的溫度範圍中持續30分鐘到24小時(例如室溫、
40℃、50℃、60℃、70℃、100℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃超過0.5小時、1小時、2小時、3小時、4小時、5小時、6小時、7小時、8小時、9小時、10小時、11小時、12小時、13小時、14小時、15小時、16小時、17小時、18小時、19小時、20小時、21小時、22小時、23小時或24小時，包括任二個該溫度和任二個該時間之間的任何範圍及任一該溫度和任一所列時間以上的任何範圍。在一些具體實施例中，可以進行燒結製程，以產出二氧化矽基板。在一些具體實施例中，此階段的加熱發生在從室溫到1700℃的溫度範圍中持續30分鐘至24小時(例如30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、100℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃、1300℃、1400℃、1500℃、1600℃或1700℃超過0.5小時、1小時、2小時、3小時、4小時、5小時、6小時、7小時、8小時、9小時、10小時、11小時、12小時、13小時、14小時、15小時、16小時、17小時、18小時、19小時、20小時、21小時、22小時、23小時或24小時，包括任二個該溫度和任二個該時間之間的任何範圍及任一該溫度和任一所列時間以上的任何範圍。在一些具體實施例中，燒結在空氣中進行。在一些具體實施例中，燒結在不同的大氣環境中進行。在一些具體實施例中，燒結在惰性環境下進行，而且可以例如在惰性氣體下。在一些具體實施例中，當在1000℃或1000℃以上燒結時，奈米複合材料可以表現出透明性。因此，在一些具體實施例中，基板可以是透明的。在一些具體實施例中，透明性可以從真空紫外光範圍到紅外光範圍。在一些具體實施例中，可以使用低於1000℃的燒結溫度，其中，在一些具體實施例中，可以對所提供的基板提供不同的光學性質。
在一些具體實施例中，一旦模製出材料，然後可以將該材料在600℃進行熱處理持續約3小時，然後加熱製程將溫度從600℃上升到1100℃，然後可以使該材料進行1100℃的熱處理持續約三小時。當在燒結之後投入螢光分子時，可以進行第二乾燥製程以去除及/或減少用以將該螢光分子帶入孔中的任何溶劑。在一些具體實施例中，該螢光分子可以作為液體施加。在一些具體實施例中，該螢光分子可以作為氣體施加。在一些
具體實施例中，該螢光分子可以作為電漿施加。
實施例
實施例1
製作多孔二氧化矽基板的方法
可以如同美國專利公開號2012/0107589中一般性概述的方式製備多孔二氧化矽基板。將聚乙烯醇溶液加入白煙矽的SiO2懸浮液中，該白煙矽具有7nm的平均主要粒徑，以產生80：20的SiO2：聚乙烯醇重量比。調整pH值，並且用磁攪拌器在800rpm將該溶液在室溫的空氣中攪拌12小時，產出SiO2-聚乙烯醇水溶液。然後將該水溶液放入所需的模具中，並在30℃的空氣中乾燥，以產出SiO2-聚乙烯醇複合物。奈米複合物具有等級在幾奈米到幾十奈米的孔。
使用含有螢光過渡金屬元素的溶液來摻雜SiO2-聚乙烯醇複合物。螢光過渡金屬元素的存在濃度為50ppm。螢光過渡金屬進入複合物的孔中。只允許摻雜持續進行直到橫跨整個基板的深度設置了所需梯度的時間點，使得在材料的第一表面有較高的螢光過渡金屬濃度，以及在該材料的第二表面有較低的螢光過渡金屬濃度。
在30℃乾燥複合材料，以便減少來自螢光過渡金屬溶液添加所存在的任何額外液體。然後可以將該材料加熱到600℃(從室溫以每分鐘5℃的速率增加)持續三小時。然後將該材料在1000℃加熱3小時，藉以提供透明的二氧化矽玻璃，該二氧化矽玻璃在基板的孔中具有分級量的螢光分子。
實施例2
製作螢光燈罩的方法
將聚乙烯醇溶液加入白煙矽的SiO2懸浮液中，該白煙矽具有7nm的平均主要粒徑，以得到80：20的SiO2：聚乙烯醇重量比。調整pH值，並且用磁攪拌器在800rpm將該溶液在室溫的空氣中攪拌12小時，產出SiO2-聚乙烯醇水溶液。然後將該水溶液放入所需的模具中，並在30℃的空氣中乾燥，以產出SiO2-聚乙烯醇複合物。奈米複合物具有等級在幾奈
米到幾十奈米的孔。提供奈米複合物材料作為起始材料，將該材料之至少一部分成型為發光二極體(LED)燈罩之所需區段。將該材料在1000℃加熱3小時，藉以提供透明的、有孔的二氧化矽玻璃。
基於該蓋就位作為LED時的定位，使用含有螢光稀土元素的溶液在該成型起始材料中特定的位置摻雜該透明二氧化矽玻璃。螢光稀土元素的存在濃度為10,000ppm。螢光過渡金屬進入二氧化矽玻璃的孔中。只允許摻雜持續進行直到橫跨整個基板的表面設置了所需梯度的時間點，使得在整個表面不會被摻雜地像直接放在LED上方的區段那樣重。
去除過多的稀土元素溶液，並在30℃乾燥玻璃，以便減少來自螢光過渡金屬溶液添加所存在的任何額外液體，藉以在基板的孔中提供分級量的螢光分子。
實施例3
製作螢光基板的方法
將聚乙烯醇溶液加入白煙矽的SiO2懸浮液中，該白煙矽具有7nm的平均主要粒徑，以得到80：20的SiO2：聚乙烯醇重量比。調整pH值，並且用磁攪拌器在800rpm將該溶液在室溫的空氣中攪拌12小時，產出SiO2-聚乙烯醇水溶液。然後將該水溶液放入所需的模具中，並在25℃的空氣中乾燥，以產出SiO2-聚乙烯醇複合物。奈米複合物具有等級在幾奈米到幾十奈米的孔。可以將該奈米複合物材料加熱到700℃(從室溫以每分鐘5℃的速率增加)持續三小時。然後將該材料在1000℃加熱3小時，藉以提供透明的、有孔的二氧化矽玻璃。
使用含有螢光分子的溶液來摻雜該多孔二氧化矽玻璃的一第一側。只有使該第一側的表面與該溶液接觸，而且只有接觸足夠長的時間，以允許一些螢光分子和溶液進入該二氧化矽玻璃之該表面上部分開放的孔中，而不會讓該溶液過度到達該二氧化矽玻璃之相對側，藉以設置橫跨該玻璃的梯度。該螢光分子係以500ppm的濃度存在該第一側上，然後將該玻璃從該溶液移出，並使該玻璃乾燥，藉以乾燥該玻璃中某些孔內的至少一些螢光分子。
本揭示不被限制於本申請中描述的特定具體實施例，該等具體實施例係意圖作為各個態樣的說明。在不脫離本發明之精神和範圍下可以進行許多修改和變化，該等修改和變化對於本技術領域中具有通常知識者而言將是顯而易見的。除了本文所列舉的那些，從前面的描述，對於本技術領域中具有通常知識者而言，在本揭示的範圍內功能上等同的方法和設備將是顯而易見的。這種修改和變化都將落入所附申請專利範圍的範圍內。本揭示將僅由所附申請專利範圍的條款以及這些申請專利範圍的等同物之全部範圍來限定。應瞭解的是，本揭示並不限於特定的方法、化合物、組合物或系統，當然該方法、化合物、組合物或系統可以改變。也可以瞭解到，本文使用的術語只是為了描述特定具體實施例的目的，並且非意圖為限制性的。
關於本文中使用的大體上任何複數及/或單數術語，在本技術領域中具有通常知識者可以從複數轉變為單數及/或從單數轉變為複數，只要對上下文及/或應用適當即可。為了清楚起見，本文中可以明確提出各種單數/複數變換。
本技術領域中具有通常知識者將理解的是，在一般情況下，本文中所使用的術語，特別是在所附申請專利範圍(例如所附申請專利範圍的主體)中的術語通常意圖為「開放性」術語(例如術語「包括」(including)應被解釋為「包括但不限於」，術語「具有」應被解釋為「至少具有」，術語「包括」(includes)應被解釋為「包括但不限於」等)。本技術領域中具有通常知識者將進一步瞭解的是，假使意圖引用特定項次的申請專利範圍詳述，則這樣的意圖將被明確地記載在申請專利範圍中，並且在沒有這種記載時則無這樣的意圖存在。舉例來說，為了幫助瞭解，以下所附的申請專利範圍可以包含使用引入性片語「至少一」及「一或多個」來介紹申請專利範圍詳述。然而，這種片語的使用不應被解讀為暗示藉由不定冠詞「一」(a、an)引入的申請專利範圍詳述可以將任何含有這種引入的申請專利範圍詳述的特定申請專利範圍限制於只含有一個這種詳述的具體實施例，即使是在相同的申請專利範圍包括引入性片語「一或多個」或「至少一」和不定冠詞例如「一」(a、an)(例如「一」(a、an)應被解釋為意指「至少一」
或「一或多個」)之時；對於使用用以引入申請專利範圍詳述的定冠詞亦同樣適用。此外，即使明確敘述了引入的申請專利範圍詳述之特定項次，但本技術領域中具有通常知識者將理解到，這樣的詳述應被解釋為意指至少該記載的項次(例如，沒有其他修飾僅僅詳述「兩個詳述」，意指至少兩個詳述，或兩個或更多的詳述)。此外，在這些使用類似於「A、B及C中之至少一者」的慣例用語之情況下，一般來說在意識到本技術領域中具有通常知識之人士會瞭解該慣例用語之下才會意圖使用這樣的結構(例如「具有A、B及C中之至少一者的系統」將包括但不限於具有單獨A的系統、具有單獨B的系統、具有單獨C的系統、具有A和B一起的系統、具有A和C一起的系統、具有B和C一起的系統及/或具有A、B及C一起的系統等)。在這些使用類似於「A、B或C等中之至少一者」的慣例用語之情況下，一般來說在意識到本技術領域中具有通常知識之人士會瞭解該慣例用語之下才會意圖使用這樣的結構(例如「具有A、B或C中之至少一者的系統」將包括但不限於具有單獨A的系統、具有單獨B的系統、具有單獨C的系統、具有A和B一起的系統、具有A和C一起的系統、具有B和C一起的系統及/或具有A、B及C一起的系統等)。本技術領域中具有通常知識者將進一步瞭解到，應將幾乎所有呈現兩個或更多的替代性術語的轉折字及/或片語(無論是在實施方式、申請專利範圍或圖式中)理解為構思包括其中一個術語、包括任一術語或兩個術語皆有的可能性。舉例來說，片語「A或B」將被理解為包括「A」或「B」或「A和B」的可能性。
由上可知，將理解到的是，已經為了說明的目的在本文中描述了本揭示的各種具體實施例，並且可以在不脫離本揭示之範圍和精神下進行各種修改。因此，本文中所揭示的各種具體實施例並非意圖為限制性的，而且真正的範圍和精神係由以下的申請專利範圍表明。
1‧‧‧二氧化矽玻璃基板
2‧‧‧空隙
2‧‧‧孔
3‧‧‧螢光分子
Claims (17)
- 一種發光裝置，包含：至少一光源；及一螢光二氧化矽玻璃，其中該螢光二氧化矽玻璃包含：二氧化矽；該二氧化矽內的至少一第一孔及該二氧化矽內的一第二孔；以及該第一孔內的至少一第一螢光分子及該第二孔內的至少二或更多的第二螢光分子。
- 如申請專利範圍第1項之發光裝置，其中，該第一螢光分子吸收一第一光波長的輻射，該第二螢光分子吸收一第二光波長的輻射，以及該第一波長與該第二波長係不相同。
- 如申請專利範圍第2項之發光裝置，其中該第一螢光分子發射一第一光波長的輻射，該第二螢光分子發射一第二光波長的輻射，以及該第一波長與該第二波長係不相同。
- 如申請專利範圍第3項之發光裝置，其中該第一螢光分子包含一螢光元素。
- 如申請專利範圍第4項之發光裝置，其中該螢光元素包含至少一過渡金屬元素或一稀土元素。
- 如申請專利範圍第1項之發光裝置，其中該第一螢光分子及該第二螢光分子係一相同類型的螢光分子。
- 如申請專利範圍第1項之發光裝置，其中該第一螢光元素係與該第二螢光分子不同類型的螢光分子。
- 如申請專利範圍第1項之發光裝置，其中該光源及該螢光二氧化矽玻璃係一二極體或一冷陰極螢光燈之組件。
- 如申請專利範圍第1項之發光裝置，其中存在於該第一孔內的螢光分子數量係與存在於該第二孔內的螢光分子數量不同。
- 如申請專利範圍第9項之發光裝置，其中該第一孔係位於該螢光二氧化矽玻璃中的一第一位置，以及其中該第二孔係位於該螢光二氧化矽玻璃中的一第二位置。
- 如申請專利範圍第10項之發光裝置，進一步包含一從該第一位置到該第二位置的螢光分子濃度梯度。
- 如申請專利範圍第11項之發光裝置，其中該濃度梯度為大致上線性的。
- 如申請專利範圍第11項之發光裝置，其中該第一位置係位在該螢光二氧化矽玻璃之一第一表面，以及其中該第二位置係相對於該第一表面較接近該光源。
- 如申請專利範圍第11項之發光裝置，其中該第一位置與該第二位置係位在該螢光二氧化矽玻璃之一第一表面。
- 如申請專利範圍第14項之發光裝置，其中該第一位置至少部分地圍繞該第二位置。
- 如申請專利範圍第1項之發光裝置，其中該二氧化矽內的該第一螢光分子及該第二螢光分子係以一梯度分佈。
- 如申請專利範圍第16項之發光裝置，其中該螢光二氧化矽玻璃係圍繞該光源。
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